有机反应机理第10章2

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有机化学第10章醛、酮及亲核加成反应

第一节醛、酮的结构与物理性质
醛、酮的分子中都含有羰基（＞C＝O）
O R
H
醛
－CHO 醛基
O
R
R'
酮
＞C＝O 酮基
分子中的烃基（R）可以相同也可以不相同。醛、酮分子中的烃基可以是直链的或是环状的，脂肪的或芳香的。
一、羰基的结构
CO
CO
碳原子SP2杂化轨道与另外三个原子以键结合的，所以这三个键都处于同一个平面上，键角约为120°。
C6H5CHO
NaHSO3 H2O
C6H5CHSO3Na OH
NaCN H2O
C6H5CHCN OH
三、与氢氰酸的加成
醛及多种活泼的酮（脂肪族甲基酮及少于8个碳原子的脂环酮）与氰基负离子的碳原子发生加成反应，生成－羟基腈.
R CO
(R')H
+ H+ CN-
R OH C
(R')H CN
反应速度受CN-进攻羰基的影响，加入碱，增加了CN-的解离，促进反应进行.
H3C O
H3C
Ph3P CH2
O
C CH3
Ph3P CH2CH3
H3C H3C
CH2
CH2CH3 C CH3
第三节 α氢的反应
一、酸性及互变异构醛、酮的-亚甲基上的氢受到邻位羰基的活化而呈一定的酸性，可以通过烯醇式表现出来。
HO
CH3 C C
H+
CH3 1
CH3
（酮式）
O
CH3 C C
CH3
O C H CH2
+ H2O
O
O
C
CH
+ H2O
H CH2 CH3

有机化学第二版第十章醛和酮

第十章醛酮含有羰基的化合物：O H O CH3CCH3 O C CH3醛和酮：CH 3C羧酸羧酸：CH3CO OHCOOH COOH COOHOH CH3CHCOOHO羧酸衍生物：CH3COCl (CH3CO) ( )2OCOOC 2H 5NHOβ-二羰基化合物：CH3CCH2COOC 2H5CH2COOC2H5 COOC2H5210 醛和酮教学大纲（醛和酮）醛和酮的结构与物理性质醛和酮的结构与物理性质；醛和酮的化学性质:1.与氢氰酸加成； 2.与亚硫酸氢钠加成； 3.与醇亲核加成； 4.与氨的衍生物反应； 5.与Grignard试剂加成；试剂加成 6.醇醛缩合反应； 7 卤化和卤仿反应； 7. 卤化和卤仿反应还原反应 —— 催化加氢、金属氢化物还原、 Clemmenson 还原、 WolffKishner黄鸣龙还原、Cannizzaro反应；氧化反应）。

羰基 carbonylOR C H R O C R'醛（aldehyde）O R C O R C R' Ar H Ar O C O C R H酮（Ketone K t ）Oβ αC H(R)CC脂肪族醛、酮芳香族醛、酮α,β-不饱和醛、酮4命名：O CH3CCH2CH2CHOO O CH3CCHCCH3 CH2CH=CH24-氧代戊醛3-烯丙基-2,4-戊二酮OO CHO环己酮CHO2'-氧代环己基甲醛CHO OH O CHO苯甲醛2－羟基苯甲醛 (水杨醛)呋喃甲醛（糠醛）5z醛和酮的结构2spCσOδ C+δO键角接近 120 °1 C=O双键是由一个σ键和一个π键组成的。

2 羰基碳原子为 sp2杂化轨道与氧原子的 p 轨道和其它两个原子形成三个形成个σ键键，一个个 p轨轨道与氧原子的与氧子 p轨轨道侧面交盖成侧面交成π键键，氧原子上另有两对孤对电子处于氧的s轨道和p轨道中。

有机化学第二版-高占先著-第十章课后答案

第10章醛、酮、醌10-1 命名下列化合物。

（1）3-甲基-1-苯基-1-戊酮；（2）2,4,4-三甲基戊醛；（3）1-(1-环已烯基)丁酮；（4）(E )-苯基丙基酮肟；（5）3-丁酮缩乙二醇；（6）2-环已烯酮；（7）三氯乙醛缩二甲醇；（8）2-戊酮苯腙；（9）2,6-萘醌；（10）2,4-已二酮；（11）（(E )-间甲基苯甲醛肟。

10-2 写出下列反应的主要产物。

PhCHOHCOONa +浓NaOHHCHO2OH+(Cannizzaro 反应)OZn-Hg / HClHCNH 3OOH COOHO(Clemmensen 还原)H 3CC CH 3O Mg 66H 3OH 2SO 4△(CH 3)2C C(CH 3)2OH OH(H 3C)3CC CH 3O(pinacol 重排)(1)(2)(3)(4)+HCHO(Mannich 反应)+HCl(5)(6)ON HCH 2CH 2NOCH 3OCH3CH 3OH(黄鸣龙还原)CO 3Cl+CO 2HCl+(Baeyer-Villiger reaction)ONH 2+PCl 5H NO(Beckmann 重排)O(1) HSCH 2CH 2SH2O(1) Cl 2 / NaOH 3OHO(卤仿反应)(7)(8)(9)(10)CHCl 3+(Wittig reaction)CH 3MgBr +Ph 3(1) CuCl 3(13)(12)(11)O+O(1,4-加成产物)OCHCH 2CH 3O OOHHONCO(双烯合成反应)10-3 比较下列化合物的亲核加成反应活性。

(2)(1)C OCH 3H 3C C CH 3OH 3CC HOCOCH 3H 3C(3)(4)（3）＞（1）＞（2）＞（4）10-4 将下列化合物按烯醇式的含量多少排列成序。

CH 3COCHCOCH 3CH 3COCH 2CH 3(2)(1)PhC H 2C O(3)(4)3CH 3COCH 2COCH 3C CH 3O（1）＞（4）＞（3）＞（2）10-5 指出下列化合物中，哪些能发生碘仿反应？哪些能与饱和NaHSO 3反应？(2)(1)O(3)(4)(5)ICH 2CHOCH 3CH 2CHOC 6H 5COCH 3CH 3CHOCH 3CH 2CH 2OHCH 3CH 22CH 3CH 3CH 23OH(7)(6)(8)O能与饱和NaHSO 3反应的有（1）、（2）、（5）、（8）[脂肪族甲基酮、大多数醛和8个碳以下的脂肪酮能进行此反应]。

有机化学第10章

2C2H5ONa
+ H2
C2H5ONa +H2O
苯乙醇水=74.118.57.4（64.9℃)
2 2(CH3)3COH + 2K
2(CH3)3COK + H2
强碱性试剂亲核性相对弱一些
魏能俊主讲教师：曹瑞军
有机化学
16-10
3 2C2H5OH + Mg
(C2H5O)2Mg 乙醇镁
+ H2
魏能俊
主讲教师：曹瑞军
有机化学
16-6
3、醇的异构和命名
醇的异构主要来自碳链的异构和羟基位置的异构。醇的系统命名如下：（1）选取含羟基的最长碳链为主链，按主链碳原子数命名为某醇。（2）从最靠近羟基的一端开始编号，羟基在末端时“1”字可以省略。（3）不饱和醇应选取同时含不饱和键与羟基在内的最长碳链为主链。 CH3 CH3-C-OH CH3C=CHCH2CHCH3 CH CHCHCH CH H3C 3 2 3
液相测定酸性强弱
H2O > CH3OH > RCH2OH > R2CHOH > R3COH > HCCH > NH3 > RH
总的活性（酸性）顺序为：甲醇>伯醇>仲醇>叔醇在液相中，溶剂化作用会对醇的酸性强弱产生影响。
O H H R H C
O
H O
H H O H H
CH 3 C CH 3
CH 3 O
16-14
举例如下：
-CHO + H2 Pd/C -CH2OH
CH3CH2O-CO-(CH2)8CO-OCH2CH3
Na+C2H5OH
HO-(CH2)10-OH

有机化学第10章羟基酸和羰基酸

9
7
5
3
1
COOH
10
11
13
15
17
19
前列腺(烷)酸
前列腺素可分为PG A、B、C、D、E、F、G 、H及I九型。它们彼此间的区别是五碳环上的取代基及双键位置不同。体内PG A、E及F较多。根据侧链R′及R″所含双键的数目而分为1、2 、3类。又根据五碳环上9位-OH基的立体构型而分为α 及β 两型；α -型用虚线表示，β -型用实线表示。天然前列腺素均为α -型，不存在β -型。支链上手性碳原子的立体构型用R或S表示（S 用虚线，R用实线）；链上C=C的构型用Z或E 表示。
O R'
O R'
O R'
OH
R'
R''
R''
OH
R''
OH
R''
A
B
E
F
O
C
O
OH
H O H
O
H
11(α ),15(S)-二羟基-9-酮基-5(Z),13(E)前列二烯酸Leabharlann O HC O O HH
O H
O
H
9(α),11(α),15(S)-三羟基-13(E)前列烯酸
10.8 酮型-型互变异构
乙酰乙酸乙酯 Ethyl Acetoacetate
NH3 HOOCCH2CH2COCOOH + H3C CH COO
a－酮戊二酸丙氨酸
+
GPT
NH3 OOCCH2CH2CHCOO
谷氨酸
+
+
O H3C C COOH

第10章亲电加成反应

Page 9
某些非共轭烯烃与HX加成按AdE3历程进行。由于烯烃与一分子HX中的H+结合的同时，从另一侧又与第二分子的HX或X- 结合，故加成的立体化学特征是反式加成：
complex
立体化学通常为反式加成
HBr +
H3C C
H
CH3 C
H
H3C C
H
H C
CH3
Page 10
10.1.2 亲电加成反应的立体化学
-C
CH3CH2C
H 键
H
+CH2
HH
CH3CC+H C H HH
H
乙基碳正离子中的超共轭
“围绕碳正离子的-CC单键旋转，当带正电荷碳原子的p轨道轴和-CH键的轨道轴在同一平面时，这两个轨道可发生部分重叠，使部分正电荷分散到甲基上，起稳定碳正离
“Markovnikov 规则”：质子加到含氢较多的双键碳原子上子的作用，这种现象称超共轭作用”
通过化学键异裂产生的带正电的原子或基团进攻不饱和键而引起的加成反应称为亲电加成反应。
Page 2
10.1.1 亲电加成反应的历程
反应是分步进行烯烃的亲电加成反应可用通用式表示如下：
此反应的历程有两种可能： ① 试剂的两部分E+和Nu-同时分别加到两个双键碳原子上，即反应按一步
历程进行； ② 首先是E+加到双键的一个碳原子上，然后Nu-加到双键的另一个碳原子
也适用于苯乙烯类与卤化氢等不对称试剂的加成的区域选择性，且当苯环上连有强吸电子基时，其区域选择性与吸电子基和双键碳原子直接相连时相似。
HBr CH CH2
CH CH2 Br H
O2N
HBr
CH CH2

有机10

第10章羰基化合物醛（aldehydes ）和酮（ketones ）都是分子中含有羰基（碳氧双键）的化合物，因此又统称为羰基化合物。

羰基与一个烃基相连的化合物称为醛，与两个烃基相连的称为酮。

CO R 'CRO HCR (H )O羰基醛酮醛可以简写为RCHO ，基团—CHO 为醛的官能团，称为醛基，酮可以简写为RCOR ’，基团—CO —为酮的官能团，称为酮基。

醛和酮是一类非常重要的化合物，这不仅是因为学多化学产品和药物含有醛、酮结构，更重要的是醛、酮能发生许多化学反应，是进行有机合成的重要原料和中间体。

醌（quinone ）类是一类特殊的环状不饱和二酮类化合物。

第一节醛和酮一、羰基的结构羰基是醛、酮的官能团，它与醛、酮的物理化学性质密切相关。

根据醛、酮分子的结构参数（见表10-1），可以认为羰基碳原子以sp 2杂化状态参与成键，即碳原子以三个sp 2轨道与其它三个原子的轨道重叠形成三个σ键，碳原子上未参加杂化的p 轨道与氧原子上的p 轨道在侧面相互重叠形成一个π键（见图10-1）。

（请在图左边第一幅图中，下半个轨道中着淡灰色，如中间那幅图轨道的颜色）表10-1 醛、酮分子的结构参数醛、酮分子键长（pm ）键角（） HCHO C ＝O 120.3 C —H 110.1 ∠HCO 121.7 ∠HCH 116.5 CH 3CHOC ＝O 120.7 C —C 151.5 C —H 110.4∠CCO 123.9 ∠HCO 118.6 ∠CCH 117.5 CH 3COCH 3C ＝O 121.4 C —C 152.0∠CCO 121.4 ∠CCC 117.2R δ-R R+图10-1羰基的结构由于氧原子的电负性比碳原子大，所以成键处的电子云就不均匀地分布在碳氧原子之间，氧原子处电子云密度较高，带有部分负电荷，而碳原子处的电子云密度较低，带有部分正电荷。

因此醛、酮具有较高的偶极矩（2.3~2.8D ），例如丙醛的偶极矩为2.5D ，并且在物理性质和化学性质上得到反映。

有机化学第10章醛和酮

Witting反应是在醛酮基碳所在处形成碳碳双键的一个重要方法，产物中没有双键位置不同的异构体。反应条件温和，产率也较好，但产物双键的构型较难控制。 Witting也因该工作而与Brown H C共享了1979年的诺贝尔化学奖。另一种类型的磷叶立德试剂是霍纳（Horner L）提出的：用亚磷酸酯为原料来代替三苯基膦与溴代乙酸酯得到的试剂磷酸酯，后者在强碱作用下形成Horner试剂。
另一种类型的磷叶立德试剂是霍纳（Horner L）提出的：用亚磷酸酯为原料来代替三苯基膦与溴代乙酸酯得到的试剂磷酸酯，后者在强碱作用下形成Horner试剂。
补充：醛、酮与炔化钠的加成
R-CC-Na+ NaNH2 （-NH3） R-CCH +
C=O
NH3(液) 或乙醚
C C ONa CR H O 2
• 醛和脂肪族甲基酮（或七元环以下的环酮）与之反应，生成
• －羟基磺酸钠
白色
过量
在酸碱下可逆反应，分离提纯
-羟基磺酸钠与等摩尔的NaCN作用，则磺酸基可被氰基取代，生成 -羟基腈，避免用有毒的氰化氢，产率也比较高。
3、与醇的加成
*1 反应情况介绍 ① 与醛反应 CH3CH=O + CH3CH2OH
(hydrazine)
C 6H 5 H C O + H2NNH O2 N NO2
(hydrazone)
C 6H 5 H C NNH O 2N NO2 + H 2O
2,4–二硝基苯肼
O O + H2NNHCNH2
2,4–二硝基苯腙
O NNHCNH2 + H2O
氨基脲
(semicarbazine)
缩氨基脲 (半卡巴腙)

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O H R
2
R
R1
H H 2C H 3C
N S O O
H N R
1
R R2
CH3
H R N O
H N
CH2 S R + H3C O
H
R1 R2
27
Pfitzner-Moffatt氧化机理（续）
CH2 H3C S O
H
R1 R2
O + R2 R1
H3C
S
CH2
H
aldehyde or ketone
28
39
OH O H O
N3
CrO3/H2SO4/H2O acetone, r.t., 1.5 h, 94%
O O H
N3
1. PPh3/THF, r.t., 12 h 2. NaBH3CN/AcOH/MeOH r.t., 12 h Staudinger reaction
H 3C N
H N
O
(CH2O)n/HCO2H/H2O
20
Me
OPMB OH O
Me
OPMB OTIPS O
TIPSCl 80%
MeO
MeO
OsO4/NMO 85%
HO
HO Me Me OPMB OTIPS O MeO
1. DMSO/(COCl)2/DCM 2. EtMgBr
HO Me Me OPMB OTIPS OH MeO O
21
HO Me Me OPMB OTIPS OH MeO O
CF3
O O H 2C S CH3
10
CF3
Swern氧化的机理（草酰氯活化）
O Cl Cl O O S CH3 CH3
O Cl O
CH3 O S CH3
O H3C S O O Cl
Cl
CH3
Cl
CH3 Cl S CH3
11
+
CO2
+
CO
Swern氧化的机理（草酰氯活化，续）
CH3 Cl S CH3
R3
R2
O
OH
O R
1
R2 N H
R1
R1
R
2
X
R2
N X
42
General features of Jones oxidation The oxidation is usually carried out in acetone, which serves a dual purpose It dissolves most organic substrates, and It reacts with any excess oxidant so it protects the product from overoxidation
H CH2 H3C S O H R1 R2
NEt3
H3C
CH2 S O
H
R1 R2
H3C
S
CH2
H
O + R2 R1
aldehyde or ketone
讨论中间体内鎓盐结构
9
中间体的Pummerer重排
H S O O CF3
O CF3
H2C
H2C
CH3
O -elimination
S CH3
O + O
17
OOCC6H4C6H5
CO2H
1. DMSO/TFAA 2. DIBAL-H
HO
N
OOCC6H4C6H5
CO2H
HO
N
18
Swern氧化合成(+)-asteltoxin
O HO Me Me OH O H O O OMe Me
A mycotoxin，毒枝菌素
19
参考文献
Eom, K. D., Raman, J. V., Kim, H., Cha, J. K. Total Synthesis of (+)-Asteltoxin. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125(18): 5415-5421.
H O R2
O + R2 R1
H
R
1
CH2 H3C S O
H
R1 R2
NEt3
CH2 H3C S O
H
R R
1 2
H3C
S
CH2
H
aldehyde or ketone
12
Swern氧化的特点无溶剂易爆炸!!!常在二氯甲烷中反应低温反应（－78℃） TFAA作活化剂－30℃以上会发生Pummerer重排 DMSO与草酰氯的起始加成物在－60℃以上不稳定
33
OH O Cr OH O + R1
OH R2
OH O Cr O
R1
H R2
－HOH
O
rds
H
O
H
O HCrO3 + HOH2 + R1 R2
碱促进分子间脱氢机理
34
OH O Cr OH O + R1
OH R2
OH O Cr O
－HOH
R1 R2 H
O
O
H2CrO3
+
R1
R2
无碱促进分子内脱氢机理
Pfitzner-Moffatt氧化反应操作
将二环己基碳二亚胺（DCC)溶于DMSO中，然后加入醇和催化酸(磷酸，三氟乙酸，吡啶-磷酸等）进行反应
29
Pfitzner-Moffatt氧化反应实例
O
O
HN
HN
HO
O O
N
DMSO/DCC/H3PO4 r.t. 90%
OHC O N O
OAc
OAc
30
5.4.2 用铬试剂氧化
典型反应：Jones氧化
1946年， E R H Jones发现三氧化铬与稀硫酸的溶液可将伯醇氧化成羧酸，仲醇氧化成酮
31
Jones oxidation, 1946
O R H O CrO3 or Cr2O72－/acid H2O/acetone R OH
R
OH
CrO3 or H2O/acetone
a: n =1 b: n=2 c: n=5
15
Swern氧化合成vapiprost
OOCC6H4C6H5
CO2H
HO
N
伐哌前列素：抗血小板凝聚
16
参考文献
Daniel Lednicer. Strategies for organic drug synthesis and design, p16, New York:John Wiley & Sons, Inc, 1998
13
Swern氧化法的改进
二甲亚砜，二甲硫醚有恶臭，成本高
以下文献提出将亚砜负载在离子液体上，无恶臭，可循环使用
Xun He and Tak Hang Chan. New non-volatile and odorless organosulfur compounds anchored on ionic liquids. Recyclable reagents for Swern Oxidation. Tetrahedron, 2006 62 (14): 3389–3394 14
O H O
120oC, 12 h 42% for 3 steps
O H O
40
Staudinger反应，1919
R
1Hale Waihona Puke N N N+
PR3
R1
N
－N2
PR3
R1
R1
N N N
PR3
N
PR3
N N
41
Staudinger反应产物的转化
R1
R3P O + R1 NH2
N R3 R2
H2O
O
R1
O
N
PR3
Swern氧化的机理（TFAA活化）
O O O O H3C S CH3 CF3
O O
O
F3C
F3C
CF3
O S
CH3 CH3
H3C
S
R1
O O
O
CF3
CH3
－CF3COOH
R2
H
为什么DMSO不能一步取代三氟乙酸根离子？
H3C
H CH2 S O H R1 R2
8
Swern氧化的机理（TFAA活化，续）
43
Primary alcohols are converted to carboxylic acids with the intermediacy of aldehydes
Aldehydes can be isolated by distillation sometimes if the aldehyde is volatile
O
1. DIBAL-H, 78% 2. DDQ, 80% 3. MnO2, 86%
HO Me Me OH O H
O
CHO
O O LiHMDS
O
HO Me Me OH O H O
O OMe Me
23
Pfitzner-Moffatt氧化反应通式
OH R2 R1
DMSO/DCC/acid solvent Pfitzner-Moffatt 1963
5.4 醇的氧化
5.4.1 用二甲亚砜氧化 5.4.2 用铬试剂氧化 5.4.3 用高价碘化物氧化 5.4.4 催化氧化（选讲）
1
5.4.1 用二甲亚砜氧化
二甲亚砜可与各种亲电试剂反应生成活性锍盐 (sulfonium salt) 活性锍盐与醇反应生成烷氧基锍盐烷氧基锍盐发生消除，生成醛或酮